Electromagnetismo es uno de los cuatro interacciones fundamentales de la naturaleza. Los otros tres son los fuerte interacción, La interacción débil y gravitación. El electromagnetismo es la fuerza que causa la interacción entre las partículas cargadas eléctricamente, las áreas en las que esto ocurre se llaman los campos electromagnéticos.
El electromagnetismo es responsable de prácticamente todos los fenómenos relacionados con la vida diaria, con la excepción de la gravedad. La materia ordinaria toma su forma como resultado de las fuerzas intermoleculares entre los distintos moléculas en la materia. El electromagnetismo es también la fuerza que tiene electrones y protones juntos dentro de átomos, Que son los componentes básicos de moléculas. Esto rige los procesos involucrados en química, Que surgen de las interacciones entre el electrones que orbitan los átomos.
El electromagnetismo se manifiesta como dos los campos eléctricos y los campos magnéticos. Ambos campos son simplemente diferentes aspectos del electromagnetismo, y por lo tanto están relacionados intrínsecamente. Por lo tanto, un campo eléctrico variable genera un campo magnético, por el contrario un campo magnético variable genera un campo eléctrico. Este efecto se llama la inducción electromagnética, Y es la base de operación para generadores eléctricos, motores de inducción, Y transformadores. Matemáticamente hablando, campos magnéticos y campos eléctricos son convertibles con movimiento relativo como cuatro vectores.
Campo eléctrico son la causa de varios fenómenos comunes, como potencial eléctrico (Por ejemplo, el voltaje de una batería) y corriente eléctrica (Por ejemplo, el flujo de electricidad a través de una linterna). Los campos magnéticos son la causa de la fuerza asociada con imanes.
En electrodinámica cuántica, Las interacciones electromagnéticas entre partículas cargadas pueden ser calculados usando el método de Diagramas de Feynman, En la que nos imaginamos partículas mensajeras llamada fotones virtuales que se intercambian entre partículas cargadas. Este método se puede derivar de la imagen de campo a través perturbación de la teoría.
Las implicaciones teóricas del electromagnetismo llevaron al desarrollo de la relatividad especial por Albert Einstein en el año 1905.
Historia de la teoría Ver también: historia de la teoría electromagnética
Originalmente, la electricidad y el magnetismo eran considerados como dos fuerzas separadas. Este punto de vista ha cambiado, sin embargo, con la publicación de James Clerk Maxwell’S 1873 Tratado sobre Electricidad y Magnetismo en el que las interacciones de cargas positivas y negativas, se mostró a ser regulada por una sola fuerza. Hay cuatro principales efectos derivados de estas interacciones, todos los cuales han sido claramente demostrado por los experimentos:
1. Las cargas eléctricas atraen o se repelen entre sí con una fuerza inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos: cargas diferentes se atraen, al igual que los repelen.
2. Magnetic poles (or states of polarization at individual points) attract or repel one another in a similar way and always come in pairs: every north pole is yoked to a south pole.
3. Una corriente eléctrica en un cable crea un campo magnético circular alrededor del alambre en su dirección en función de la corriente.
4. Una corriente se induce en un aro de alambre cuando se mueve hacia o lejos de un campo magnético, o un imán se mueve hacia o lejos de ella, la dirección de la corriente en función de la del movimiento.
Mientras se preparaba para una conferencia por la noche el 21 de abril de 1820, Hans Christian Ørsted hizo una observación sorprendente. Como fue la creación de sus materiales, se dio cuenta de un aguja de la brújula desviado de norte magnético cuando la corriente eléctrica de la batería que estaba usando se enciende y se apaga. Este desvío lo convenció de que los campos magnéticos se irradian desde todos los lados de un alambre que lleva una corriente eléctrica, como la luz y el calor hace, y que confirma una relación directa entre la electricidad y el magnetismo.
En el momento del descubrimiento, Ørsted no sugieren una explicación satisfactoria del fenómeno, ni tampoco tratar de representar el fenómeno en un marco matemático. Sin embargo, tres meses más tarde comenzó las investigaciones más intensivas. Poco después publicó sus conclusiones, lo que demuestra que una corriente eléctrica produce un campo magnético a medida que fluye a través de un cable. La CGS unidad de inducción magnética (Oersted) Es el nombre en honor a sus contribuciones al campo del electromagnetismo.
Sus hallazgos como resultado de una intensa actividad en toda la comunidad científica en electrodinámica. Influyeron físico francés André-Marie Ampère’S la evolución de una forma matemática única para representar a las fuerzas magnéticas entre conductores de corriente. Ørsted descubrimiento también representa un paso importante hacia un concepto unificado de la energía.
Esta unificación, que fue observado por Michael Faraday, Prorrogado por la James Clerk Maxwell, Y parcialmente reformulada por Oliver Heaviside y Heinrich Hertz, Es uno de los principales logros del siglo 19 la física matemática. Esto tuvo consecuencias de largo alcance, uno de los cuales fue la comprensión de la naturaleza de la luz. Luz y otros las ondas electromagnéticas adoptar la forma de cuantizada, Auto-multiplicación oscilatorio perturbaciones electromagnéticas campo llamado fotones. Diferentes frecuencias de la oscilación dar lugar a las diferentes formas de la radiación electromagnética, A partir de las ondas de radio en las frecuencias más bajas, a la luz visible en las frecuencias intermedias, a los rayos gamma en las frecuencias más altas.
Ørsted no era la única persona para examinar la relación entre la electricidad y el magnetismo. En 1802 Gian Domenico Romagnosi, Un experto jurídico italiano, desvía una aguja magnética por cargas electrostáticas. En realidad, no galvánico actuales existentes en la instalación y por lo tanto no estaba presente el electromagnetismo. Una cuenta de que el descubrimiento fue publicado en 1802 en un periódico italiano, pero fue pasado por alto en gran parte por la comunidad científica contemporánea.[1] [edición] Información general
La fuerza electromagnética es uno de los cuatro fuerzas fundamentales. Las otras fuerzas fundamentales son: la la fuerza nuclear fuerte (Que mantiene unidos a los quarks, junto con el efecto residual de la fuerza fuerte que mantiene los núcleos atómicos juntos, para formar el núcleo), el fuerza nuclear débil (Lo que hace que ciertas formas de desintegración radiactiva), Y el fuerza de la gravedad. Todas las otras fuerzas (por ejemplo, fricción) Se deriva en última instancia de estas fuerzas fundamentales.
La fuerza electromagnética es el responsable de prácticamente todos los fenómenos que uno encuentra en la vida cotidiana, con la excepción de la gravedad. En términos generales, todas las fuerzas implicadas en las interacciones entre átomos se puede remontar a la fuerza electromagnética que actúa sobre la carga eléctrica protones y electrones dentro de los átomos. Esto incluye a las fuerzas que experimentamos en “empujar” o “tirar” los objetos materiales ordinarios, que provienen de la las fuerzas intermoleculares entre el individuo moléculas en nuestros cuerpos y los de los objetos. También incluye todas las formas de fenómenos químicos, Que surgen de la interacción entre orbitales de electrones.
electrodinámica clásica
El científico William Gilbert propuesta, en su De Magnete (1600), que la electricidad y el magnetismo, mientras tanto capaz de provocar la atracción y la repulsión de los objetos, efectos fueron distintos. Marineros se había dado cuenta de que los rayos tenía la capacidad de perturbar una aguja de la brújula, pero la relación entre el rayo y la electricidad no fue confirmada hasta Benjamin Franklin’S experimentos propuestos en 1752. Uno de los primeros en descubrir y publicar una relación entre el hombre corriente eléctrica y el magnetismo fue Romagnosi, Que en 1802 advirtió que conectar un cable a través de una pila voltaica desvió un cercano brújula aguja. Sin embargo, el efecto no se hizo ampliamente conocida hasta 1820, cuando Ørsted realizó un experimento similar.[2] trabajo Ørsted influyó Ampère para producir una teoría del electromagnetismo que establecen el tema en un fundamento matemático.
Una teoría exacta del electromagnetismo, conocida como electromagnetismo clásico, Fue desarrollado por varios físicos en el transcurso del siglo 19, que culminó en la obra de James Clerk Maxwell, Que unificó los acontecimientos anteriores en una sola teoría y descubrió la naturaleza electromagnética de la luz. En electromagnetismo clásico, el campo electromagnético obedece a un conjunto de ecuaciones se conoce como ecuaciones de Maxwell, Y la fuerza electromagnética es propuesta por el Ley de la fuerza de Lorentz.
Una de las peculiaridades del electromagnetismo clásico es que es difícil de conciliar con la mecánica clásica, Pero es compatible con la relatividad especial. De acuerdo a las ecuaciones de Maxwell, la velocidad de la luz en el vacío es una constante universal, sólo depende de la permitividad eléctrica y permeabilidad magnética de espacio libre. Esto viola invariancia de Galileo, Una piedra angular de larga data de la mecánica clásica. Una forma de conciliar las dos teorías es asumir la existencia de un éter luminífero a través del cual se propaga la luz. Sin embargo, tras los esfuerzos experimentales no pudo detectar la presencia del éter. Después de las importantes contribuciones de Hendrik Lorentz y Henri Poincaré, En 1905, Albert Einstein resolvió el problema con la introducción de la relatividad especial, que sustituye a la cinemática clásica con una nueva teoría de la cinemática que es compatible con el electromagnetismo clásico. (Para obtener más información, consulte Historia de la relatividad especial.)
Además, la teoría de la relatividad demuestra que en el movimiento marcos de referencia de un campo magnético se transforma en un campo con un componente distinto de cero eléctrica y viceversa, por lo que con firmeza demostrando que son dos caras de una misma moneda, y por lo tanto el término “electromagnetismo”. (Para obtener más información, consulte electromagnetismo clásico y la relatividad especial.)
El efecto fotoeléctrico
En otro artículo publicado en ese mismo año, Albert Einstein socavado los fundamentos mismos del electromagnetismo clásico. Su teoría de la efecto fotoeléctrico (Por la que ganó el premio Nobel de Física) postuló que la luz podría existir en cantidades discretas, como partículas, que más tarde llegó a ser conocido como fotones. La teoría de Einstein del efecto fotoeléctrico extendió las ideas que surgieron en la solución de los catástrofe ultravioleta presentado por Max Planck en el año 1900. En su trabajo, Planck mostró que los objetos calientes emiten radiación electromagnética en paquetes discretos, que conduce a un total finita energía emite como radiación del cuerpo negro. Ambos resultados fueron en directa contradicción con la visión clásica de la luz como una onda continua, aunque ahora se sabe que el efecto fotoeléctrico no, de hecho, una obligar a ninguna conclusión acerca de la luz que se hace de “fotones”, como se en el efecto fotoeléctrico artículo.[cita requerida] Planck y Einstein teorías fueron progenitores de la mecánica cuántica, Que, cuando se formula en 1925, hizo necesaria la invención de una teoría cuántica del electromagnetismo. Esta teoría, terminó en la década de 1940, que se conoce como electrodinámica cuántica (O “QED”), y, en situaciones en las que perturbación de la teoría es aplicable, es una de las teorías más exactas a la física.
Electromagnetism. (2011, February 12). In Wikipedia, The Free Encyclopedia. Retrieved 21:08, February 22, 2011, from http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Electromagnetism&oldid=413550786
Los fenomenos electromagneticos
electromagnéticos
Uno de los primeros problemas resueltos exitosamente fue el problema de la construcción de la teoría de los fenómenos electromagnéticos. Hacia el s. XIX el estudio sobre la electricidad y el magnetismo se separó de la física como una rama independiente. En el año 1820 se llegó a conocer sobre el descubrimiento hecho por Oersted de la acción de la corriente sobre una aguja magnética, el cual establecía lo común de los fenómenos, al parecer, heterogéneos. Hacia esta misma época Biot, Savart, Laplace, Arago, Ampere, Coloumb y otros introdujeron los conceptos fundamentales necesarios: carga, cantidad de electricidad, densidad de electricidad, leyes de interacción de cargas inmóviles, etc. Los problemas del electromagnetismo trajeron consigo, en el plano matemático un conjunto de trabajos de investigación sobre la atracción de puntos según la Ley de Newton y los campos electrostáticos.
Los métodos de resolución de problemas de la mecánica celeste, en particular los problemas sobre la atracción de los cuerpos celestes según la ley de Newton obtuvieron un nuevo campo de aplicación. Fue introducido el concepto de potencial de un campo y definida su expresión para un campo simple formado por el punto cargado de masa m: (donde , es la constante de atracción es el punto atraído).
Enseguida fueron encontradas las expresiones del potencial para un sistema de puntos de atracción y después para el campo con distribución continua de masa de atracción en un volumen : ( es la densidad de la distribución).
Ya en el año l787 Laplace mostró que en el espacio fuera del cuerpo la función potencial satisface la ecuación A propósito, esta ecuación ya se encontraba en los trabajos de Euler y el concepto de función de fuerzas, cuya diferenciación según una dirección daría las fuerzas de atracción newtonianas, lo introdujo en 1773 Lagrange, conformando así mismo la idea de función de fuerza la cual fue enunciada ya por D. Bernoulli, Euler y Clairaut.
La teoría matemática del potencial eléctrico se formó de una forma rápida. Una serie de problemas sobre distribución de la electricidad en la superficie de los conductores los resolvió Poisson, el cual elaboró a fondo muchas partes de la física – matemática contemporánea a él: capilaridad, flexión de láminas, conducción del calor, etc. Alrededor del año 1813 Poisson extendió la ecuación de Laplace al espacio situado en el interior del cuerpo que atrae e introdujo la ecuación actualmente de amplio conocimiento:
Poisson resolvió muchos problemas de magnetostática. Para esto se apoyó, de hecho, en el concepto de potencial, sin embargo, no fue él quien introdujo este importante concepto.
El planteamiento general de la teoría del potencial surgió de los trabajos de Green y Gauss.
Green expuso su teoría en la obra Investigación sobre la teoría matemática de la electricidad y el magnetismo (1828). En ella investigó el problema central de la electrostática de aquella época. En la base de los razonamientos de Green yacía la idea de las fuerzas eléctricas y magnéticas pueden ser definidas a través de una función de coordenadas. La función potencial (como la llamó aquí por primera vez Green) se determina por la distribución de cargas. Green dedujo mas adelante el teorema integral conocido actualmente como fórmula de Green, mostró que el valor del potencial dentro o fuera de cualquier superficie se expresa a través del valor de la función potencial y su derivada normal sobre esta superficie.
En una forma más general y al parecer independientemente de Green, Gauss construyó una teoría general del potencial. Esto lo realizó en el trabajo Teoremas generales relativos a las fuerzas de atracción y repulsión… actuando inversamente proporcional al cuadrado de la distancia (1840). A la función donde m puede representar tanto unas masas comunes como también cargas eléctricas o magnéticas, Gauss las denominó potencial. Investigó sistemáticamente las propiedades de la función potencial y su aplicación a los fenómenos físicos. No deja de ser interesante señalar la aparición en este trabajo del teorema
Este teorema lo demostró M.V. Ostrogradski (1828) y lo trató como una fórmula de balance hidrodinámico. Once años después, Gauss utilizó esta fórmula para relacionar la magnitud del flujo de la intensidad de las fuerzas del campo potencial dado con masa o carga común situada dentro de la superficie. En nuestra época esta fórmula la denominan fórmula de Gauss – Ostrogradski (lo que evidentemente es injusto).
En la historia de la física se advierte que al concepto de potencial, los físicos, durante mucho tiempo no le atribuyeron un significado de principio, tratando al potencial o a la función potencial solo como un concepto matemático cómodo. Su significado físico fue descubierto posteriormente, después del establecimiento de los conceptos de trabajo, energía y la ley de conservación de la energía.
Otra era la situación de ese importante concepto en las matemáticas. Su introducción posibilitó la ampliación del campo de aplicaciones del análisis matemático. Junto a la óptica y las oscilaciones, surgía la teoría matemática de los fenómenos electromagnéticos. El planteamiento del problema sobre el potencial insitó a la ampliación del concepto de integral, a la extensión de la integración sobre objetos complejos. En el análisis fue comenzada la elaboración de las funciones armónicas como soluciones de la ecuación diferencial de Laplace .
Las funciones armónicas obtuvieron ampliación en una amplia clase de problemas de contorno. Así es el problema de Dirichlet sobre la búsqueda de los valores de una función armónica en un dominio, dados sus valores sobre el límite (por ejemplo, determinación de la temperatura dentro de un cuerpo por la temperatura sobre su superficie, determinación de la forma de la membrana por la forma de su contorno).
Con este géneros de problemas se relaciona además el problema de Neumann en el cual la función armónica debe ser buscada por la magnitud de la derivada normal sobre el límite del dominio (búsqueda de la temperatura dentro de un cuerpo dado el gradiente de temperatura en su superficie, determinación del potencial del movimiento de un líquido incompresible que rodea a un cuerpo sólido de la condición de que las componentes normales de las velocidades de las partículas colindantes con la superficie del cuerpo, coincide con las componentes normales dadas de las velocidades de los puntos de la superficie del cuerpo).
Para la resolución de los problemas de contorno de la teoría de las funciones armónicas fueron elaborados métodos, que tienen gran significado tanto práctico como teórico.
Por ejemplo, para la resolución del problema de Dirichlet, H. A. Schwarz y C.G. Neumann idearon alrededor del año 1870 el método alternante, Poincaré, el método de los barridos (alrededor del año 1880), Fredholm, el método de las soluciones fundamentales, relacionado con las ecuaciones integrales, Perron, el método de las funciones superiores e inferiores.
Aún debe mencionarse el método de redes como un método fundamental en la resolución aproximada de problemas de contorno. Estos métodos daban la posibilidad de librarse de una u otra limitación, la cual era necesario imponer a la frontera del dominio.
Pero en cualquier planteamiento general de un problema de contorno surgieron los problemas de las condiciones de existencia de las soluciones y su estabilidad.
Gran significación en la historia de la teoría del potencial tienen las investigaciones del académico ruso A.M. Liapunov realizada a finales del s. XIX – comienzos del XX que entre otras cosas abordó el comportamiento de las derivadas de las soluciones del problema de Dirichlet.
Los problemas de la física matemática, surgidos de los primeros trabajos sobre teoría del potencial, adquirieron, como vimos, hacia fines del s. XIX gran generalidad. La solución de problemas teóricos tan generales y después el desarrollo tempestuoso de los métodos de resolución numérica de problemas de contorno (los que resultaron posible en relación con el surgimiento de los dispositivos electrónicos de cálculo) se relacionan enteramente con el siglo siguiente, el siglo XX.
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